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本章主要介绍船用铝合金、铜合金、钛合金等种类、牌号、性能及其用途.
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概述:
工业上钢铁称为黑色金属,除钢铁以外的金属称为非铁金属(又称有色金属)。非铁金属与黑色金属相比,具有一系列特点,有良好的导热性和导电性,如银、铜、铝等。有优异的化学稳定性,如铝、钛等。比强度(单位质量能够提供的强度)高,如铝合金、钛合金等。近年来,航空、航海中为减轻重量,提高运载能力和航行速度,要求材料强度高、密度轻。此外,石油、化工、航海中的设备及其零件要在腐蚀介质中工作,要求材料具有良好的耐腐蚀性,所以非铁金属在近代造船行业中应用广泛,特别是高强度、耐腐蚀的轻合金材料的应用,大大改善了船舶的使用性能。
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第一节船用铝合金
一、纯铝的性能特点:
(一)纯铝的密度小()。其强度很低,σb=80MPa~100MPa。但塑性很好,δ=30%~50%。熔点为660℃,结晶后具有面心立方晶格,没有同素异构转变。
(二)导电、导热性能仅次于银、铜、金而居于第四位。
(三)具有良好的抗大气腐蚀能力,在空气中铝的表面可生成致密的氧化膜,可有效地隔绝铝和氧的接触,阻止表面的进一步氧化。
根据上述特点,工业纯铝的主要用途为:代替较贵重的铜制作导线、电缆;配制铝合金;制作具有导热和抗大气腐蚀性能而对强度要求不高的用具和器皿。
工业纯铝中常见的杂质是铁和硅,杂质越多,其导电性能越低,腐蚀性、塑性越差。
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AVC纯铝散热器
纯铝吊灯
纯铝机箱
铝芯线
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二、铝合金的分类及对船用铝合金性能的基本要求
铝合金:纯铝的强度较低,若在铝中加入一些元素,如铜、镁、
锌、锰、硅等形成铝合金,其性能将会有很大的改善。
(一)铝合金的分类
根据铝合金的化学成分和工艺特点,可将铝合金分为变形铝合
金和铸造铝合金两类。
铝合金状态图的一般类型
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铝合金的分类
形变铝合金
铸造铝合金
不能热处理
强化铝合金
能热处理
强化铝合金
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(二)合金性能的基本要求
把铝合金加热到α相区,保温后在水中快冷,得到单相过饱和
的α固溶体,这种处理方式称为固溶处理或淬火。
力学性能方面:
1、屈强比保持一定差距,,利于半成品和
零件的加工矫正工作。
2、高温强度在加热到100℃之前,应保持力学性能不变,加
热到250℃时,屈服强度大于60%。
3、疲劳强度平板试样的疲劳强度不小于50MPa,带焊缝试样
的疲劳强度不小于40MPa。
4、延伸率不小于10%,以适应各种加工工艺需要。
抗腐蚀性能方面:
应具有良好的抗腐蚀性能,特别是抗海水腐蚀性能。对高强度
变形铝合金,还要求有较好抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀性能。
其它方面:
热处理不可强化铝合金,应具有良好的可焊性和加工性;热处
理可强化铝合金,经过一定热处理后,应具有良好的加工性,并具
有在热处理中抵抗变形的能力。
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(三)铝合金的时效硬化
:
固溶处理或淬火:把铝合金加热到α相区,保温后在水中快
冷,得到单相过饱和的α固溶体,这种处理方式称为固溶处理或淬
火。
时效硬化:在固溶处理后的合金随时间延续而发生进一步强
化的现象。
回归现象:已经时效硬化的铝合金,如若需恢复其塑性,可在
230~250℃作短时间加热,然后快冷至室温,合金将重新恢复塑性,
即性能恢复到淬火状态。若在室温下放置,则与新淬火合金一样,
仍能进行正常的自然时效与人工时效,这种现象称为回归现象。
自然时效
人工时效
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含4%Cu的铝合金自然时效曲线
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含4%Cu的铝合金在不同温度下的人工时效曲线
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